[发明专利]一种振动管路控制T型微流控芯片生成微气泡的方法

说明书

本发明公开了一种振动管路控制T型微流控芯片生成微气泡的方法。本发明是在现有的T型微流控芯片微气泡生成系统中，通过振动器对液体输入管路施加连续振动，产生规律的压力波来驱动T型微芯片内微气泡的按需生成，实现微气泡产生速率和微气泡尺度的控制。本发明在连续相管路中施加一个振幅、频率均可控的机械振动，通过改变振动器的振幅和频率来控制T型微流控芯片中微气泡的生成，使得微气泡的生成过程具有高单分散性、高通量以及尺寸可控等诸多优点，显著提高了微气泡生产的效率，扩大了该技术的适用范围。

技术领域

本发明涉及一种单分散微气泡的生成方法，属于流体机械领域。

背景技术

近年来，微流控技术凭借其在科研领域的重要影响和工程领域的特殊应用，得到了广泛关注。现实的生产和生活中也形成了很多获得近似单分散微气泡的方法，例如电解法、激光激发、超声波雾化等。而在现有技术之中，应用最为普遍的是基于相关特定结构的芯片来制备，其可以广泛用于食物传递、药品输送、化学反应、健康监测等其他生物、医疗分析领域。

关于现阶段可以用于产生微气泡的典型微通道结构主要可分为三种：Ｔ型管道、流动聚焦管道和同轴流动管道。其中T型管道能够实现单分散微气泡序列的形成，其优点在于结构简单、操作简便。

一种典型的T型管道微流体设备如图１所示，它包括两个入口端和一个出口端，水平入口注入连续相，底端入口注入连续相。两种不混溶的流体在通道内由于表面张力和剪切力间的相互作用，分散相在界面交界处破裂成单分散的微气泡。

由于微气泡在不同场合下应用时所需的尺寸大小要求不同，针对T型微流控芯片生成可控尺寸大小的微气泡也提出了更高的要求。目前T型微流控芯片能生成尺寸可控的微气泡的方法有如下几种：一是通过重新设计微流控芯片的通道几何结构。但此方法对加工精度提出了更高的要求，且制作成本也会大幅提升；二是通过改变两相流的粘度和表面张力来实现对不同尺寸的微气泡产生的控制。但对于给定的流体性质，这种方法难以实现上述功能，因此被限制了应用范围；三是通过精确分配两相流的压力来控制生成不同尺寸的微气泡。而因为这种方法事先需要进行大量的实验记录相关数据，费时费力，造成了人力和资源的极大浪费，因此这种方法在实际过程同样不适用。上述所列的方法在操作过程中或多或少均存在一定的难点和局限性，而如果仅通过在外部管路中施加一个稳定的机械扰动，就能实现控制T型微流控芯片生成微气泡的效果，这将避开现阶段技术上的难点，为控制微气泡的生成开辟了新的角度。

发明内容

本发明的目的是针对现有的微流控芯片生成微气泡技术中，微气泡尺寸控制难度大、实验重复性差、气泡生成不稳定等不足，提出了一种振动进液管路控制T型微流控芯片生成微气泡的方法。

为了实现上述发明目的，本发明是在T型微流控芯片微气泡生成系统中，通过振动器对液体输入管路施加连续振动，产生规律的压力波来驱动T型微芯片内微气泡的按需生成，实现微气泡产生速率和微气泡尺度的控制。本发明的原理是根据泊肃叶定律，外部扰动会导致管内的压力波动，造成管内所输送流体的流量发生改变，通过振动器施加的振动来控制连续相流体的脉冲流量，从而控制微气泡生成的速率和气泡尺度。

所述的T型通道宽、高度分别为100和38μm，但不仅限于该尺寸。

所述的T型通道在PDMS上制作而成，但不仅限于该材料。

所述的振动器可以为机械式也可以为电磁式。

所述的进液和进气管路为聚乙烯材质的软管，但不仅限于该材料，内径为1mm，但不仅限于该直径。

所述的进气压力范围为0~200kPa。

所述的进液流量范围为0~100μL/min。

所述的振动频率范围为0~1kHz，振幅范围为0~10mm。